A Pécsi Tudományegyetem Mozgásszervi Sebészeti Intézet Traumatológiai és Kézsebészeti Klinikai Tanszék közleménye A ligamentum carpi transversum kalorimetriás vizsgálata carpalis alagútszindrómában DR. KISS ZOLTÁN, DR. NŐT LÁSZLÓ GERGELY, DR. KROMEK LÓRÁND Érkezett: 2010. január 18. ÖSSZEFOGLALÁS A carpalis alagútszindróma, melyet a nervus medianus ligmantum carpi transversum általi kompressziója okoz a csuklótájon, a kéz súlyos betegségét jelenti. Az elektrofiziológiai változások a nervus medianusban könnyen követhetők elektroneurográfiás vizsgálatokkal. A ligamentum carpi transversum kollagén struktúrájának degeneratív elváltozásai a szalagban zsugorodást és az ideg kompresszióját okozhatják. Jelent tanulmányukban a szerzők bizonyították, hogy a differenciál pásztázó kalorimetriás vizsgálat (differential scanning calorimetry, DSC) hasznos és jól alkalmazható módszer a humán ligamentum carpi transversum kollagén szövetinek vizsgálatára. Az elvégzett DSC-vizsgálatok szignifikáns különbséget mutattak a különböző súlyosságú carpalis alagút szindrómában nyert minták között. Kulcsszavak: Carpal tunnel szindróma Diagnózis; Kalorimetria, differential scanning; Medianus neuropathia Diagnózis; Z. Kiss, L. G. Nőt, L. Kromek: Calorimetric assessment of ligamentum carpi transversum in carpal tunnel syndrome The carpal tunnel syndrome caused by the compression of the median nerve by the transverse carpal ligament is a serious disease of the hand. The electrophysiological changes in the median nerve can easily be detected by electroneurography. The degenerative changes of collagen structure of the transverse carpal ligament can cause shrinkage of the ligament and the compression of the nerve. The authors proved in their present evaluation that the differential scanning calorimetry is a useful and well applicable method for the examination of the collagen structure of the human carpal ligaments. The results of the calorimetric measurements showed significant differences between the specimens obtained from different stages of carpal tunnel syndrome. Key words: Calorimetry, differential scanning; Carpal tunnel syndrome Diagnosis; Median neuropathy Diagnosis; BEVEZETÉS A carpalis alagútszindróma, mely a leggyakoribb idegkompressziós megbetegedés akkor alakul ki, amikor a nervus medianus összenyomás vagy leszorítás alá kerül csuklótájon. Bármilyen állapot, mely csökkenti a carpalis alagút átmérőjét vagy megnöveli a benne futó képletek méretét, okozhat alagút tüneteket. A carpalis alagútban lévő nyomás lényegesen (a normális 2 Hgmm-ről átlagosan 32 Hgmm-re) emelkedik, ez okozza az idegkárosodását (9). A carpalis alagútszindróma etiológiája multifaktoriális, okai lehetnek strukturális, genetikai és biológiai, környezeti és foglalkozáshoz kapcsolódó faktorok, azonban a kiváltó ok az esetek felében nem ismert (3, 6, 13, 26). A betegség incidenciája évről évre emelkedik az európai országokban a monoton kézmozgásokkal járó munkák miatt, mint a számítógép billentyűzet használata vagy összeszerelési munkák (18, 25). A carpalis alagútszindróma diagnózisa általában a kéz fizikális vizsgálatán alapul: fáj- A Pécsi Orvostudományi Egyetem I. sz. Sebészeti Klinika Traumatológiai Osztály megalakulása 40. évfordulója tiszteletére készült tanulmány. Magyar Traumatológia Ortopédia Kézsebészet Plasztikai Sebészet 2010. 53. 2. 143
dalom, paraesthesia, zsibbadás vagy gyengeség a vezető tünetek. A fizikális vizsgálat mellett röntgenfelvétel, MRI vagy ultrahang elvégzése segíthet a helyes diagnózis felállításában, azonban csak az elektromyográfia (EMG) és az elektroneurográfia (ENG) segítségével igazolhatóak helyesen és pontosan az elektrofiziológiai változások az érintett nervus medianusban (4, 10, 12, 14, 15, 17). Általánosságban használt és a leginformatívabb neurofiziológiai tesztek: érzőideg vezetési sebességének vizsgálata (sensory nerve conduction velocity, SNCV) és a distalis motoros latencia (distal motor latency, DML) (22, 23). A carpalis alagútszindróma kezelése a beteg panaszainak súlyosságán és a nervus medianus ENG által igazolt neurofiziológiai elváltozásán alapul (5). A kezelés alapvetően a nervus medianus sebészi dekompressziójából áll, nyitott vagy endoszkópos technikával (1, 11, 31). A ligamentum carpi transversum kollagén szerkezetének degeneratív elváltozása a szalag zsugorodását, ezáltal az ideg kompresszióját eredményezheti, amely oka lehet a súlyos carpalis alagútszindrómának. A degeneratív elváltozások etiológiája azonban még nem tisztázott. Korábbi vizsgálatok kimutatták, hogy a differenciál pásztázó kalorimetria (DSC) hasznos és jól alkalmazható módszer a musculo-skeletális rendszer szerveiben végbemenő szerkezeti elváltozások termális következményeinek vizsgálatára. A normál hyalin porc, az intervertebralis discus és az alsó végtag izomzatának karakterisztikus DSC vizsgálata mellett más szerzők által bemutatásra kerültek a különböző humán szövetekben végbemenő degeneratív elváltozások okozta termális effektusok is (2, 7, 8, 16, 19-21, 27-30). Ez idáig a DSC módszert senki nem használta a csuklón található ligamentum transversum vizsgálatára. Feltételezésünk az volt, hogy a carpalis alagút szindrómában tisztán elkülöníthető patológiás eltérést találunk a ligamentum carpi transversum szöveteiben, melyek a betegségért felelősek lehetnek. Differenciál pásztázó kalorimetriával igazolhatjuk és követhetjük a carpalis alagútszindróma különböző stádiumaiban bekövetkező, ligamentumban végbemenő kollagén-szerkezeti elváltozásokat. Jelen tanulmányunk célja azt volt, hogy DSC segítségével tanulmányozzuk az egészséges és a carpalis alagútszindrómában károsodott humán csukló ligamentum carpi transversumának hőtani tulajdonságait, valamint igazoljuk, hogy definitív és reprodukálható szerkezeti különbség van az egészséges és patológiás szalagok között. Kalorimetriás vizsgálatok segítségével az alábbi kérdésekre kerestük a választ: Van-e hőtani jellemezőiben különbség az ép és károsodott ligamentumok között? Van-e kimutatható korreláció a szalag hőtani tulajdonságai és az ideg ENG által feltérképezett elektrofiziológiai állapota között? ANYAG ÉS MÓDSZER Minta készítmények A négy egészséges ligamentum carpi transversum mintát szervdonorokból nyertük. A tanulmányban részt vevő donorok halálukkor mind 45 év alattiak, ízületei degeneratív elváltozásoktól mentesek voltak. Kizárólag olyan csuklóból vettünk mintákat, ahol makroszkópikusan nem találtunk degeneratív vagy poszttraumás elváltozásokat a ligamnetum carpi transversumban vagy a csuklót alkotó csontokban. Kísérleteinket az érvényben lévő törvények szerint, és érvényes engedély birtokában végeztük, összhangban a Pécsi Tudományegyetem etikai szabályzatával. A patológiás szalagmintákat carpalis alagút dekompressziós műtétei során távolítottuk el. Műtét során haránt irányú feltárásból kipreparáltuk a ligmanetum transversumot, teljes vastagságában átvágtuk a nervus medianus felett. Ezen módszerrel felszabadítottuk és kompresszió alól mentesítettük a nervus medianust teljes lefutásában a carpalis alagútban. Kivétel nélkül minden műtét során az itt leírt nyitott feltárásos technikát használtuk a zárt, 144 Magyar Traumatológia Ortopédia Kézsebészet Plasztikai Sebészet 2010. 53. 2.
minimál invazív beavatkozás helyett. Összesen 10 patológiás ligamentumon végeztünk méréseket, 7 női és 3 férfi mintából, a betegek átlagéletkora 57 év volt (36 65). Szövettani vizsgálatok A ligamentum carpi transversum középső, 1 2 cm-es része került eltávolításra, melyet hosszában további két részre vágtunk. Az egyik rész szövettani vizsgálatokhoz, a másik DSC méréshez szolgált mintaként. Az utóbbi mintákat fiziológiás sóoldatban tároltuk 4 o C-on, legfeljebb 6 óráig. A szövettani vizsgálatokhoz vett mintákat 4%-os formaldehidben fixáltuk, hossz- és haránt irányú metszetek készültek, hematoxylin és eosin festéssel. A metszeteket Nikon Eclipse 400 típusú fénymikroszkóp segítségével vizsgáltuk. EMG- és ENG-vizsgálatok Minden műtétre kerülő betegnél elektromyográfiás (EMG) és elektroneurográfiás (ENG) vizsgálatokat végeztünk egy-két héttel az operációt megelőzően a Pécsi Tudományegyetem Neurológiai Klinika laboratóriumában. A következő neurofiziológiai vizsgálatokat végeztük el rutinszerűen: nervus medianus szenzoros vezetési sebesség mérése, illetve I. és III. ujj csukló közötti, valamint distalis motoros latencia vizsgálata. Negatív standardként szolgáló kezek vizsgálatakor distalis/proximalis hányados számítási technikát alkalmaztunk. A patológiás esetekben a következő neurofiziológiai beosztást használtuk: súlyos (nervus medianus szenzoros és motoros működésének hiánya, vagy a szenzoros működés hiánya, abnormális distalis motoros latenciával), mérsékelt (abnormális szenzoros működés és distalis motoros latencia) és enyhe (abnormális szenzoros funkció, normális DML). DSC mérések A különböző mintadarabok feldolgozása és a mérések elvégzése az eltávolításukat követő 6 órán belül történt. A hődenaturációt SETARAM Micro DSC II. kaloriméterrel vizsgáltuk, a méréseket minden esetben 0 és 100 Celsius fok közötti tartományban végeztük, a kamrák felfűtés sebessége 0,3 K/perc volt. Hagyományos, átlagban 850 mikroliter térfogatú Hastelloy mérőcellákat használtuk. A méréshez használt ligamentum carpi transversum minták nedves tömege 80 240 mg között változott. A referencia- és mintaedényeket 0,1 mg pontossággal kiegyensúlyoztuk. A referencia- és a mintaedények hőkapacitása között nem volt szükség korrekcióra. A kalorimetriás entalpiaváltozás (ΔH cal ) meghatározását, amely a vizsgált minta szerkezetének termikus úton történő megbontásához szükséges energiát adja, kétpontos SETA- RAM csúcs integráló szoftverrel végeztük. További jellemző termikus paraméter az átalakulási hőáram görbe maximumához tartozó hőmérséklet, vagy hőkapacitás (Tm), amely minél magasabb, annál stabilabb hőtanilag és strukturálisan a vizsgált szerkezet. Az adatokat Origin 6.0 software segítségével elemeztük. EREDMÉNYEK A szövettani vizsgálatok az egészséges ligamentum carpi transversumból vett mintákban degenerációt nem mutattak ki, kizárólag normális kollagén szerkezetet találtunk (1. ábra). A patológiás mintákból csak enyhe fokú, mikroszkópos degenerációt sikerült kimutatni (2. ábra). A hődenaturációs vizsgálatok eredményeit, az ép és a kóros szalagok hődenaturációs görbéit a 3. ábrán mutatjuk be. Egyértelműen elkülöníthetőek az ép és a kóros állapotok. Az egészséges szalagszövet hőstabilitásához képest a kóros szövetek kisebb hőstabilitással ren- Magyar Traumatológia Ortopédia Kézsebészet Plasztikai Sebészet 2010. 53. 2. 145
I. táblázat A vizsgálatok során mért és számított értékek Carpalis alagút szindróma súlyossági foka Minták száma Distalis motoros latencia (m/s) Vezetési sebesség (m/s) T m ( o C) ΔH cal (J/g) Kontroll 4 <1 >50 61,3 4,04 Enyhe 3 1-2 50-45 62 4,3 Közepes 5 2-6 45-35 61,5 5,17 Súlyos 2 >6 <35 61,85 8,44 1. ábra A kéz ép ligamentum carpi transversumának kollagén rostjairól készült hosszirányú metszet (HE, 100 ). delkeznek. Ennek oka a kollagén tartalom degenerációja, random spirál konformációba alakulása. A vizsgálatok során mért (Tm) és számított értékeket az I. táblázatban összegeztük. Meglepő módon, az egészséges szalagban mért eredményhez képest a kóros mintákban minden esetben csak enyhe csökkentést találtunk a hőkapacitásban (Tm) a denaturációt követően, szignifikáns eltérések nélkül. Ugyanakkor a DSC-vizsgálatok során kalkulált kalorimetriás entalpia értékek (ΔH cal ) szignifikáns különbséget mutattak a különböző stádiumú minták között, a szindróma súlyosságával egyenes arányban növekedve. Statisztikai számításokkal (két mintás student T teszt, SPSS for Windows 9.0) szoros szignifikanciát igazoltunk a kalorimetriás entalpia értékek és a distalis motoros latencia között: p<0,01, valamint a 2. ábra A kéz ligamentum carpi transversumának kollagén rostjairól készült hosszirányú metszet carpalis alagút szindrómában: mérsékelten károsodott rostok (HE, 200 ). 3. ábra Az ép és a károsodott ligamentum carpi transversum hődenaturációs görbéje különböző fokú idegleszorítást okozó carpalis alagút szindrómában 146 Magyar Traumatológia Ortopédia Kézsebészet Plasztikai Sebészet 2010. 53. 2.
kalorimetriás entalpia és a vezetési sebesség csökkenése között: p<0,05. Ezek alapján kijelenthetjük, hogy a DSC-vizsgálatok jól tükrözik a szindróma klinikai stádiumait. MEGBESZÉLÉS A carpalis alagútszindróma incidenciája növekszik. A betegség diagnosztikájában a fizikális vizsgálatok mellett a legfontosabb szerepe az elektrofiziológiai méréseknek van, amelyekkel igazolni tudjuk a nervus medianus különböző súlyosságú károsodását (4, 5, 10, 15, 17, 22). A szalagban végbemenő patokémiai eltérések, szöveti elváltozások, amelyek a szindróma kialakulásához vezetnek, nem egységesek. Korábbi tanulmányok igazolták, hogy a ligamentum carpi transversumban különböző amyloid-féleségek szaporodnak fel (25). Az általunk végzett szövettani vizsgálatokkal ezt kimutatni nem tudtuk. Az ideg kompressziójának egyik fő okozója lehet a ligamentum carpi transversumban végbemenő kóros strukturális változások által létrejövő zsugorodás. A szalag szerkezetének vizsgálatára az orvos-biológiai kutatásban széles körben alkalmazott kalorimetriát választottuk (2, 7, 8, 27-30). Kimutattuk, hogy az egészséges és a kóros szalag kalorimetriás görbéi és értékei szignifikánsan eltértek egymástól, a degeneráció termokémiai következménye egyértelműen mérhető volt. Igazolni tudtuk, hogy a különböző súlyosságú carpalis alagút szindrómában szoros statisztikai összefüggés van az ENG-vel alátámasztott ideg degeneráció (csökkent vezetési sebesség és emelkedett distalis motoros latencia), valamint a szalag szerkezeti elváltozásai között. Az általunk végzett szövettani vizsgálatokkal érdemi különbséget az ép és patológiás szalagok között nem találtunk, ugyanakkor a kalorimetriás entalpia növekedésének mértéke hűen tükrözte a szalag degenerációját és szerkezeti változásait. A carpalis alagútszindróma változatos megjelenése jórészt a különböző etiológiának és kísérő betegségeknek köszönhető, eredményeink azonban segítséget nyújthatnak a betegség egyértelműbb diagnosztizálásában. Köszönetnyilvánítás Ezúton fejezzük ki köszönetünket Dr. Lőrinczy Dénes professzor úrnak, a PTE Biofizika Intézet munkatárásának, hogy a méréseket az OTKA CO-272 pályázatából vásárolt SETA- RAM Micro DSC-II készülékkel részünkre elvégezte. IRODALOM 1. Balajti N., Sántha A., Kovács R.: Az endoszkópos carpal tunnel felszabadítás előnyei és korlátai a nyitott technikával való összehasonlítás tükrében. Sportorvosi Szemle 1996. 38: 169-180. 2. Bálint G., Than P., Domán I., Wiegand N., Horváth G., Lőrinczy D.: Calorimetric examination of the human meniscus. J. Thermal Anal. Calorim. 2009. 95: 759-761. 3. Bíró V.: A carpal tunnel szindróma. Irodalmi áttekintés és saját tapasztalatok. Magyar Traumatológia Ortopédia Kézsebészet Plasztikai Sebészet. 2009. 52. (3): 198-207. 4. Chan L., Turner J. A., Comstock B. A., Levenson L. M., Hollingworth W., Heagerty P. J., Kliot M., Jarvik J. G.: The relationship between electrodiagnostic findings and patient symptoms and function in carpal tunnel syndrome. Arch. Phys. Med. Rehabil. 2007. 88: 19-24. 5. Chang C. W., Wang Y. C., Chang K. F.: A practical electrophysiological guide for non-surgical and surgical treatment of carpal tunnel syndrome. J. Hand. Surg. Eur. 2008. 33: 32-37. 6. Dalos M., Máté A., Kómár J.: Multiple tunnel syndrome of the wrist joint. Nervenarzt. 1986. 57. (5): 306-308. 7. Dergez T., Lőrinczy D., Könczöl F., Farkas N., Belagyi J.: Differential scanning calorimetry study of glycerinated rabbit psoas muscle fibres in intermediate state of ATP hydrolysis. BMC Struct. Biol. 2007. 7: 41-45. Magyar Traumatológia Ortopédia Kézsebészet Plasztikai Sebészet 2010. 53. 2. 147
8. Gazsó I., Kránicz J., Bellyei Á., Lőrinczy D.: DSC analysis of the abnormalities of human leg skeletal muscles: A preliminary study. Thermochim. Acta, 2003. 402: 117-122. 9. Gelberman R. H., Hergenroeder P. T., Hargens A. R., Lundborg G. N., Akeson W. H.: The carpal tunnel syndrome. A study of carpal canal pressures. J. Bone Joint Surg. 1981. 63-A: 380-383. 10. Jarvik J. G., Comstock B. A., Heagerty P. J., Haynor D. R.: Magnetic resonance imaging compared with electrodiagnostic studies in patients with suspected carpal tunnel syndrome: predicting symptoms, function, and surgical benefit at 1 year. J. Neurosurg. 2008. 108: 541-50. 11. Kertész G., Gera L., Zakupszky Z., Fröhlich P.: Carpalis csatorna dekompressziós plasztikájával szerzett tapasztalataink. Magyar Traumatológia Ortopédia Kézsebészet Plasztikai Sebészet, 1996. 39: 123-127. 12. Kómár J.: General feature of tunnel syndromes. Z. Neurol. 1973. 205. (3): 185-191. 13. Kómár J.: Development of automatic tunnel syndrome during pregnancy. Nervenarzt. 1978. 49. (2): 71-75. 14. Komár J: Alagút szindrómák. Budapest, Medicina, 1985. 15. Kómár J.: Prae- és postoperatív klinikai és elektrodiagnoszikai vizsgálatok 150 operált carpalis alagút syndromában. Orv. Hetil. 1987. 128. (38): 1987-1993. 16. Könczöl F., Lőrinczy D., Belágyi J.: Effect of oxygen free radicals on myosin in muscle fibres. FEBS Letters, 1998. 427: 341-344. 17. Kwon B. C., Jung K. I., Baek G. H.: Comparison of sonography and electrodiagnostic testing in the diagnosis of carpal tunnel syndrome. J. Hand. Surg. (Am) 2008. 33: 65-71. 18. Lozano-Calderón S., Anthony S., Ring D.: The quality and strength of evidence for etiology: example of carpal tunnel syndrome. J. Hand. Surg. (Am) 2008. 33: 525-538. 19. Lőrinczy D., Könczöl F., Gaszner B., Belágyi J.: Structutal stability of actin as studied by DSC and EPR. Thermochim. Acta 1998. 322: 95-100. 20. Lőrinczy D., Könczöl F., Farkas L., Gaszner B., Belágyi J.: UV generated oxygen free radicals in cardiac myosin. DSC and EPR study. Thermochim. Acta, 2000. 343: 35-41. 21. Lőrinczy D., Könczöl F., Farkas L., Belágyi J., Schick C.: Nucleotides induced changes in muscle fibres studied by DSC and TMDSC. Thermochim. Acta. 2001. 377: 205-210. 22. Nora D. B., Becker J., Ehlers J. A., Gomes I.: Clinical features of 1039 patients with neurophysiological diagnosis of carpal tunnel syndrome. Clin. Neurol. Neurosurg. 2004. 107: 64-69. 23. Rainoldi A., Gazzoni M., Casale R.: Surface EMG signal alterations in carpal tunnel syndrome: a pilot study. Eur. J. Appl. Physiol. 2008. 21: 89-94. 24. Roquelaure Y., Ha C., Pelier-Cady M. C., Nicolas G.: Work increases the incidence of carpal tunnel syndrome in the general population. Muscle Nerve, 2008. 37: 477-482. 25. Stein K.: Chemical heterogeneity of amyloid in carpal tunnel syndrome. Virchows Archiv A 1987. 412: 37-45. 26. Tallián A., Krakovits G.: Arteria ulnaris thrombozis kialakulása carpal-tunnel syndroma kapcsán. Orv. Hetil. 1977. 118: 1173-1174. 27. Wiegand N., Vámhidy L., Patczai B., Dömse E., Than P., Kereskai L., Lőrinczy D.: Differential scanning calorimetric examination of the degenerated human palmar aponeurosis in Dupuytren disease. J. Thermal Anal. Calorim. 2009. 95: 797-800. 28. Wiegand N., Vámhidy L., Patczai B., Dömse E., Kereskai L., Lőrinczy D.: Differential scanning calorimetric examination of the human skeletal muscle in a compartment syndrome of the lower extremities. J. Thermal Anal. Calorim. 2009. 98: 177-182. 29. Wiegand N., Vámhidy L., Kereskai L., Lőrinczy D.: Differential scanning calorimetric examination of the ruptured Achilles tendon in human. Thermochimica Acta, 2009. 498: 7-10. 30. Wiegand N., Vámhidy L., Than P., Bognár G., Kereskai L.: A vállízület elektrotermiás tokszűkítés hőhatásainak vizsgálata kalorimetriával kadaveren. Magyar Traumatológia Ortopédia Kézsebészet Plasztikai Sebészet, 2009. 52: 53-59. 31. Wong K. C., Hung L. K., Ho P. C., Wong J. M.: Carpal tunnel release. A prospective, randomised study of endoscopic versus limited-open methods. J. Bone. Joint. Surg. Br. 2003. 85: 863-868. Dr. Kiss Zoltán PTE, ÁOK, MSI, Traumatológiai és Kézsebészeti Klinikai Tanszék 7632 Pécs, Akác u. 1. 148 Magyar Traumatológia Ortopédia Kézsebészet Plasztikai Sebészet 2010. 53. 2.